JP3170916U - 色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造 - Google Patents

Abstract

【課題】色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造を提供する。【解決手段】互いに隣接して配置された複数個の発光領域２２と、制御器２４と、を備える。複数個の発光領域はそれぞれ、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードを有する色彩光源ユニット２２２と、白色発光ダイオードを有する輝度光源ユニット２２４と、を備える。また、制御器２４は、色彩光源ユニット及び輝度光源ユニットに電気的に接続され、色彩光源ユニット及び輝度光源ユニットの開放、閉成或いは階調制御をする。【選択図】図４

Description

本考案は、表示装置のバックライト光源構造に係り、特に、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造に関する。

２０００年以来、既に伝統的なブラウン管表示装置（ＣＲＴ）に代替する平面表示装置（ＦＰＤ）が、表示技術の主流となっており、そして液晶表示装置（ＬＣＤ）がその平面表示装置の市場の大部分を占めている。液晶表示装置は主な構成部品として液晶パネルとバックライトモジュールを取り付けたもので、バックライトモジュールから白色光源を提供し、そして液晶パネルより表示装置の表示色彩を変化させるように支配する。液晶パネルの構造としては、二枚のガラス基板の間には一つの液晶層が挟まれたもので、また、液晶パネルは数百万個の画素（Ｐｉｘｅｌ）の構造から構成されるアレイと考えられる。一つ一つの画素の構造としては、液晶パネルの下層のガラス基板上には、薄膜トランジスタが形成され、そして上層のガラス基板は、カラーフィルター（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）と貼り合せるように構成される。電流を薄膜トランジスタに通過することで電界を変化させると、液晶分子が回転することによって光の偏極性が変更され、これから偏光板で光の通過と遮断を制御して、これにより画素の明暗状態を決定する。また、上層のガラス基板は、カラーフィルターと貼り合せることによって各画素がそれぞれ赤、青、緑の三つの異なる色が含まれるように形成し、これらの赤、青、緑の色の光を発光する画素でパネル上の映像画面を構成するのである。液晶パネルは、単に光をガイドするただけでは自発的に光を生成できないため、液晶表示装置が表示する光学表現は、バックライトモジュールから提供した光源の性質に制限されることとなり、結果、バックライトモジュールの性能を向上させることは、液晶表示装置を改良するための重点の一つと位置づけている。

従来のバックライトモジュール結構は、バックライト光源と、光学モジュールと、外殻とを取り付けたもので、バックライト光源が生成する光を例えば、導光板、拡散シート、プリズムシート、反射シート及びそれらの群といった光学モジュール内の部品を経由して、反射、屈折や散乱などの現象が起こり、均一な平面光源に形成し、最後、光学モジュールの出光面から射出する。バックライトモジュールの性能は、輝度、色飽和度、電力消費量及び寸法厚さの規格に従って測定可能で、また、これらの項目はいずれもバックライト光源に密接な関連がある。バックライト光源の採用と設計は、バックライトモジュール技術の核心の一つであると考えられる。こうした光源の主な種類としては、蛍光管（ＥＬ）、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）と発光ダイオード（ＬＥＤ）があり、近年、発光ダイオードの発光効率が急速に向上している。これに伴って現在では、発光ダイオードが最も主要なバックライト光源となっている。その主要な応用方式としては、直接に白色発光ダイオードを使用する方式、或いは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三つの異なる色の発光ダイオードからの光を混合することによって白色光を発光する効果を得る方式などがある。一般的に、白色発光ダイオードは、より高い発光効率を提供できるが、その色飽和度は、ＲＧＢ三色の発光ダイオードを混色して得られた白色光に比べて遥かに低い。一方、ＲＧＢ三色の発光ダイオードを混色して得られた白色光は、高色飽和度の利点があるが、輝度が比較的に低い。上述した二種類のバックライト光源のいずれも高い輝度と優れた色飽和度とを両立できない。

本考案は上記した課題に鑑みて成されたもので、液晶表示装置の表現をさらなる向上させるため、本考案は、白色とＲＧＢ発光ダイオードを混合することで、高色飽和度と高輝度の長所を同時に有することが可能なバックライトモジュールの改良構造を提供するものである。

本考案の主要な目的は、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造を提供することにある。現有のＲＧＢ混色技術を利用し、高発光効率の白色発光ダイオードと結合するため、両者の利点を取り入れ、更に高規格の光源構造を成すように設計することによって、表示装置使用時の映像品質を向上させる。

上記目的を達成するため、本考案では、バックライトモジュール内に設置され、光源を液晶表示モジュールに提供するために用い、互いに隣接して配置された複数個の発光領域と、制御器と、を備える色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造であって、なお、前記複数個の発光領域はそれぞれ、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードを有する色彩光源ユニットと、白色発光ダイオードを有する輝度光源ユニットと、を備え、また、前記制御器は、前記色彩光源ユニット及び前記輝度光源ユニットに電気的に接続され、前記色彩光源ユニット及び前記輝度光源ユニットの開放、閉成或いは階調制御を調節するために供することを特徴とするものである。

１つの実施形態において、本考案の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造における前記色彩光源ユニットと前記輝度光源ユニットは、前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオード、前記青色発光ダイオード及び前記白色発光ダイオードが不規則な順番で配列される１Ｘ４単一の棒状構造を形成するように配置されることにより、前記複数個の発光領域が互いに隣接して少なくとも一つの光棒状体（ｌｉｇｈｔ ｂａｒ）を形成させることを特徴とするものであってもよい。表示装置の需要に関する考量に基づいて、前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、サイドライト方式で設置されるようにしてもよいし、もしくは、前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、直下方式で設置されるようにしてもよい。直下方式で設置される場合、前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、前記液晶表示モジュールの水平方向に対して平行に所定の間隔おきに配列して設置されるようにしてもよいし、もしくは、前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、前記液晶表示モジュールの垂直方向に対して平行に所定の間隔おきに配列して設置されるうにしてもよい。

１つの実施形態において、本考案の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造における前記色彩光源ユニットと前記輝度光源ユニットは、前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオード、前記青色発光ダイオード及び前記白色発光ダイオードが不規則な順番で配列される２Ｘ２アレイ構造を形成するように配置されることにより、前記複数個の発光領域が互いに隣接して前記バックライトモジュールの寸法に対応するアレイ構造を形成させることを特徴とするものであってもよい。輝度を増加するために、前記複数個の発光領域はそれぞれ、前記２Ｘ２アレイ構造の中心位置に設置される補強光源ユニットをさらに備える。また、前記補強光源ユニットは、緑色発光ダイオードを有するものとしてもよいし、もしくは、前記補強光源ユニットは、白色発光ダイオードを有するものとしてもよい。

本考案は、二種類のバックライト光源の利点を結合したものであり、色飽和度が、ＲＧＢ三色の発光ダイオードを混色して得られたものと同様のレベルでのみならず、白色発光ダイオードの高輝度表現も兼ね備えていて、高画質化や大型化などの表示装置の発展動向に応じて、バックライト光源構造を更に高い性能を付与するものである。

本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を示す模式図（一）である。 本考案に係る好適な実施形態の構造を示す模式図である。 本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を示す模式図（二）である。 本考案に係る好適な実施形態の組み合わせを示す模式図である。 本考案に係る別の好適な実施形態の組み合わせを示す模式図である。 本考案に係る別の好適な実施形態の補強状態を示す模式図である。 本考案に係る別の好適な実施形態のスペクトル分布図である。

本考案の内容をより完全に理解するために、以下、添付図面を参照しながら本考案の実施形態を詳しく説明する。

まず図１を参照しながら、本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を説明する。図１は、本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を示す模式図（一）である。
本考案に係る色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２は、図１に示すように、こうした色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２は、バックライトモジュール１内に設置され、そしてこのバックライトモジュール１を経由することにより、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２の光源を平面かつ均一な白色光に変換するようになっている。この平面かつ均一な白色光を液晶表示モジュール３に提供するために用い、表示装置が表現したいカラー画面に変換させる。

次に図２を参照しながら、本考案に係る好適な実施形態の構造を説明する。図２は、本考案に係る好適な実施形態の構造を示す模式図である。
かかる色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２は、図２に示すように、複数個の発光領域２２を備える。これらの発光領域２２はそれぞれ、混光白色光の基本単位で、互いに隣接して配置され、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２の発光光源を構成する。これらの発光領域２２はそれぞれ、高色飽和度の色彩光源ユニット２２２と、高輝度の輝度光源ユニット２２４と、を備える。色彩光源ユニット２２２は、赤色発光ダイオード２２２２、緑色発光ダイオード２２２４及び青色発光ダイオード２２２６を有しており、色彩光源ユニット２２２の光学上の顕著な優位性は、ＣＩＥ １９３１色空間の表現からわかるように、現有の技術に従って、色彩光源ユニット２２２の色域は、電子製品が最も頻繁に使われるｓＲＧＢ標準に全面的に準拠している。さらに、ＮＴＳＣ １００％、或いはそれ以上の広色域を提供することも可能である。また、選択した発光ダイオードの波長によって必要とされる色域範囲を成すように組み合せることができるが、異なる色の発光ダイオードを製造するための材料が異なるため、それにつれて電圧特性が違う。これにより、色彩光源ユニット２２２は、ホワイトバランスの調整が困難かつコストがやや高い。しかして高輝度の輝度光源ユニット２２４は、白色発光ダイオード２２４４を有しており、白色発光ダイオード２２４４としては、青色光励起用黄色蛍光粉の発光ダイオードが多く選択的に使用され、高発光効率であるため、高い輝度を提供することができるが、発出する白色光には青色、黄色といった２つの波長域の光が混合しており、赤色の波長域のスペクトルが欠けているため、演色性（ｃｏｌｏｒ ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）が劣っている。

色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２は、色彩光源ユニット２２２及び輝度光源ユニット２２４に電気的に接続される制御器２４によって、色彩光源ユニット２２２及び輝度光源ユニット２２４の開放、閉成或いは階調制御をさせるように制御される。また、上記の発光領域２２を介して色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４とを結合するようになっている。即ち、色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４は、赤色発光ダイオード２２２２、緑色発光ダイオード２２２４、青色発光ダイオード２２２６及び白色発光ダイオード２２４４が不規則な順番で配列される１Ｘ４単一の棒状構造を形成するように配置されることにより、複数個の発光領域２２が互いに隣接して少なくとも一つの光棒状体２６（ｌｉｇｈｔ ｂａｒ）を形成させる。

バックライトモジュール１内において上記の光棒状体２６は、サイドライト方式で設置されるようにしてもよい、図３の本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を示す模式図（二）に示すように、上記の光棒状体２６は、液晶表示モジュール３の導光板側面の大きさに対応する長い棒状構造を成すように配列される。これにより、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２をバックライトモジュール１内の少なく一つの側辺に挿着させ、それより発出する光は、バックライトモジュール１の光学モジュール１０を介して、光学モジュール１０の上平面までに屈折し、それから、プリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムによって、白色光が均一的にバックライトモジュール１の上平面から透過し、面光源が形成される。

一方、図１の本考案に係る好適な実施形態の組み立ての状態を示す模式図（一）に示すように、バックライトモジュール１内において上記の光棒状体２６は、直下方式で設置されるようにしてもよい。図４の本考案に係る好適な実施形態の組み合わせを示す模式図を参照すると共に、図１を参照して説明する。これらの図に示すように、上記の光棒状体２６は、バックライトモジュール１の底面大きさに対応する平面構造を成すように平行に所定の間隔おきに配列される。これにより、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２をバックライトモジュール１の底面に装着させる。その装設方式としては、液晶表示モジュール３の水平方向或いは垂直方向のいずれかに対して設置することが可能である。また、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２から発出する光は、バックライトモジュール１の光学モジュール１０を介して光学モジュール１０の上平面までに散乱し、それから、プリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを経由してバックライトモジュール１の正面から透過し、液晶表示モジュール３に提供する均一な白色光が形成される。

図５は、本考案に係る別の好適な実施形態の組み合わせを示す模式図である。図５を参照して説明する。色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４は、赤色発光ダイオード２２２２、緑色発光ダイオード２２２４、青色発光ダイオード２２２６及び白色発光ダイオード２２４４が不規則な順番で配列される２Ｘ２アレイ構造を形成するように配置されることにより、複数個の発光領域２２が互いに隣接してバックライトモジュール１の寸法に対応するアレイ構造を形成させる。

図６は、本考案に係る別の好適な実施形態の補強状態を示す模式図である。図６を参照して説明する。この種の２Ｘ２アレイ構造の上記の発光領域２２はそれぞれ、補強光源ユニット２２６をさらに備える。補強光源ユニット２２６は、高輝度と要求される製品の需要に合わせて、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２の輝度表現を増加するに供する。補強光源ユニット２２６は、緑色発光ダイオード或いは白色発光ダイオードを有しており、この２Ｘ２アレイ構造の上記の発光領域２２の中心位置に設置され、色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４で囲まれる。そして、緑色光と白色光は、仕事率が同じ場合において、人眼が感受する輝度がより高い、かつそれらのスペクトルは、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２のスペクトル特性に対して影響がより少ないので、制御器２４によって本来のホワイトバランスを維持することができる。よって、この種の構造は、他の光学特性に影響しないように上記の発光領域２２の輝度を増加することができる。

本考案の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造２によれば、高色飽和度、高輝度及び最適化したホワイトバランスの効果を得ることができる。図７は、本考案に係る別の好適な実施形態のスペクトル分布図である。図においては、本考案が使用したカラーフィルター（ＣＦ）、色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４の波長分布が表示されている。本考案の使用前後のバックライトモジュール１を測量するために、ＮＴＳＣが６８.９%のカラーフィルターの液晶表示モジュール３を合わせて使用する。光学試験を行って結果データを下記表１にまとめた。

より高い透過率は、より高い輝度が得られる。実際の検証を経て、本考案の色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４が全開する時、液晶表示モジュール３の輝度を高めることができる。また、階調調整を経由しても、従来のＲＧＢ混色光源に比べ、さらなる高い輝度が得られる。ＮＴＳＣ色域の表現について、本考案は、従来のＲＧＢ混色光源と同様のレベルまでに達している。しかして従来のＲＧＢ混色光源は、精確なホワイトバランスまでに調整することが難しいし、色偏差を引き起こしやすい。一方、本考案では、白色光の輝度光源ユニット２２４を追加して配置した後、システムを理想なホワイトバランスまでに調整し得ることがさらに簡単になった。その他、色彩光源ユニット２２２と輝度光源ユニット２２４の開閉、階調調整に合わせて、ホワイトバランスの最適化を実現させる。

本考案は、従来のＲＧＢ混色光源と白色発光ダイオード光源とを結合した白色光ＬＥＤバックライト光源構造であり、長短相補で、そして、光学の特性を利用することによって、本考案は、高色飽和度と高輝度の利点を兼ね備えていて、従来の白色発光ダイオード光源の演色性不足及び従来のＲＧＢ混色光源の輝度表現の劣っている特性を効果的に改善し、さらに、従来のＲＧＢ混色光源のホワイトバランスまで調整が簡単でないという欠点を改善し、取捨選択、採長補短の効果を達成し、バックライトモジュールが提供する光学性能をさらに向上し、表示装置をさらなる高品質の発展を具備させる。

以上に述べたことは、単に本考案を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例であり、あくまでも、本考案の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、当業者は、本考案の精神及び添付の特許請求の範囲から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。そのため、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本考案の範囲のものである。

１：バックライトモジュール
１０：光学モジュール
２：色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造
２２：発光領域
２２２：色彩光源ユニット
２２２２：赤色発光ダイオード
２２２４：緑色発光ダイオード
２２２６：青色発光ダイオード
２２４：輝度光源ユニット
２２４４：白色発光ダイオード
２２６：補強光源ユニット
２４：制御器
２６：光棒状体
３：液晶表示モジュール

Claims (10)

1. バックライトモジュール内に設置され、光源を液晶表示モジュールに提供するために用い、互いに隣接して配置された複数個の発光領域と、制御器と、を備える色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造であって、
   前記複数個の発光領域はそれぞれ、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードを有する色彩光源ユニットと、白色発光ダイオードを有する輝度光源ユニットと、を備え、
   前記制御器は、前記色彩光源ユニット及び前記輝度光源ユニットに電気的に接続され、前記色彩光源ユニット及び前記輝度光源ユニットの開放、閉成或いは階調制御を調節するために供することを特徴とする、色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
2. 前記色彩光源ユニットと前記輝度光源ユニットは、前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオード、前記青色発光ダイオード及び前記白色発光ダイオードが不規則な順番で配列される１Ｘ４単一の棒状構造を形成するように配置されることにより、前記複数個の発光領域が互いに隣接して少なくとも一つの光棒状体（ｌｉｇｈｔ ｂａｒ）を形成させることを特徴とする、請求項１に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
3. 前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、サイドライト方式で設置されることを特徴とする、請求項２に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
4. 前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、直下方式で設置されることを特徴とする、請求項２に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
5. 前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、前記液晶表示モジュールの水平方向に対して平行に所定の間隔おきに配列して設置されることを特徴とする、請求項４に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
6. 前記バックライトモジュール内において前記少なくとも一つの光棒状体は、前記液晶表示モジュールの垂直方向に対して平行に所定の間隔おきに配列して設置されることを特徴とする、請求項４に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
7. 前記色彩光源ユニットと前記輝度光源ユニットは、前記赤色発光ダイオード、前記緑色発光ダイオード、前記青色発光ダイオード及び前記白色発光ダイオードが不規則な順番で配列される２Ｘ２アレイ構造を形成するように配置されることにより、前記複数個の発光領域が互いに隣接して前記バックライトモジュールの寸法に対応するアレイ構造を形成させることを特徴とする、請求項１に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
8. 前記複数個の発光領域はそれぞれ、前記２Ｘ２アレイ構造の中心位置に設置される補強光源ユニットをさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
9. 前記補強光源ユニットは、緑色発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項８に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。
10. 前記補強光源ユニットは、白色発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項８に記載の色飽和度、輝度及びホワイトバランスの表現を向上させる表示装置用バックライト光源の改良構造。

Images